Công nghệ LTE và quy hoạch mạng 4g LTE luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG _ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: CÔNG NGHỆ LTE VÀ QUY HOẠCH MẠNG 4G LTE Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU SƠN Lớp 47K ĐTVT Niên khóa: 2006 - 2011 Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ QUỲNH HOA Nghệ An, 5 - 2011 Mục lục Lời nói đầu Tóm tắt đồ án Danh mục sơ đồ hình vẽ Danh mục bảng biểu Thuật ngữ và viết tắt Chương 1 Tổng quan quá trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G 2 1.1 Mở đầu .2 1.2 Tổ chức 3GPP và các phiên bản phát hành 2 1.3 Quá trình tiêu chuẩn hóa HSPA trong 3GPP .3 1.3.1 Chuẩn hóa HSDPA trong 3GPP .3 1.3.2 Chuẩn hóa HSUPA trong 3GPP .5 1.4 Kế hoạch nghiên cứu phát triển LTE 7 1.5 IMT-ADVANCED và lộ trình phát triển tới 4G 7 1.6 Tổng quan LTE 10 1.6.1 Tốc độ số liệu đỉnh 10 1.6.2 Trễ mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người sử dụng 10 1.6.3 Thông lượng số liệu 11 1.6.4 Hiệu suất phổ tần 12 1.6.5 Hỗ trợ di động 13 1.6.6 Vùng phủ 14 1.6.7 MBMS tăng cường 14 1.6.8 Triển khai phổ tần 15 1.6.9 Đồng tồn tại và tương tác với các 3GPP RAT 15 1.6.10 Các vấn đề về mức độ phức tạp .16 1.7 So sánh các công nghệ mạng di động trên con đường đi tới 4G 16 1.8 Kết luận chương 19 Chương 2 Kiến trúc mạng 4G LTE 20 2.1 Tổng quan kiến trúc LTE 20 2.2 Lõi gói phát triển EPC 22 2 2.3 Đường xuống OFDM và đường lên SC-FDMA 27 2.3.1 Đường xuống OFDM .27 2.3.2 Đường lên SC-FDMA 27 2.4 Sự hỗ trợ nhiều anten (Multiple antenna support) 28 2.5 Hỗ trợ multicast và broadcast 29 2.6 Các vấn đề liên quan đến việc triển khai 30 2.7 Độ linh hoạt phổ và việc triển khai 31 2.8 Kết luận chương 32 Chương 3 Các kỹ thuật trong mạng 4G LTE 33 3.1 Các hạn chế cơ bản đối với truyền dẫn vô tuyến băng rộng và giải pháp .33 3.1.1 Phân tích các hạn chế trên cơ sở công thức dung lượng của Shannon 33 3.1.2 Phân tích hạn chế truyền dẫn vô tuyến băng rộng theo điều kiện truyền sóng 34 3.2 ARQ hỗn hợp với việc kết hợp mềm (Hybrid ARQ with soft combining) 34 3.3 Các giao thức và các kênh trên giao diện vô tuyến của 4G LTE .35 3.3.1 Các giao thức trên giao diện vô tuyến 35 3.3.2 Các kênh trên giao diện vô tuyến của 4G LTE 36 3.3.3 Cấu trúc tài nguyên truyền dẫn 37 3.4 Tổ chức kênh tần số trong LTE 40 3.4.1 Băng thông kênh và cấu hình băng thông truyền dẫn 40 3.4.2 Sắp xếp kênh tần số 41 3.5 Điều chế trong 4G LTE 42 3.5.1 Xử lý kênh truyền tải đường xuống 42 3.5.2 Xử lý kênh truyền tải đường lên .43 3.6 Báo hiệu điều khiển L1/L2 44 3.6.1 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường xuống 44 3.6.2 Báo hiệu điều khiển L1/L2 đường lên 46 3.7 Chuyển giao trong 4G LTE 48 3.7.1 Chuyển giao nội LTE .48 3.7.2 Báo hiệu cho chuyển giao 48 3 3.7.3 Đo chuyển giao 49 3.7.4 Chuyển giao giữa các hệ thống .50 3.8 Điều khiển công suất trong LTE .51 3.9 Kết luận chương 52 Chương 4 Mô hình thiết kế tính quy hoạch mạng 4G LTE 53 4.1 Giới thiệu về quy hoạch mạng vô tuyến .53 4.1.1 Nguyên lý chung 53 4.1.2 Một số đặc điểm cần lưu ý trong quy hoạch mạng 54 4.2 Quy hoạch định cỡ mạng .56 4.2.1 Tính toán vùng phủ sóng 57 4.2.2 Tiến trình định cỡ mạng LTE 60 4.3 Tính toán kích thước cell và diện tích cell 62 4.4 Phân tích quỹ năng lượng đường truyền 67 4.4.1 Ba cách định nghĩa tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm yêu cầu 68 4.4.2.Rút ra phương trình tính toán suy hao truyền sóng cực đại cho phép 70 4.4.3 SINR yêu cầu 76 4.4.4 Nhiễu 79 4.5 Quy hoạch dung lượng .81 4.5.1 Quy hoạch dung lượng LTE .81 4.5.2 Tính toán thông lượng cell trung bình 82 4.5.3 Ước tính lưu lượng yêu cầu và yếu tố overbooking 84 4.5.4 Dung lượng dựa vào số site 85 4.6 Đầu ra định cỡ 86 4.7 Kết luận chương 88 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo .90 4 Lời nói đầu Thông tin di động số đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới với những ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thông tin, trong dịch vụ và trong cuộc sống hằng ngày Các kĩ thuật không ngừng được hoàn thiện đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Để đáp ứng nhu cầu băng thông lớn, tốc độ ngày càng cao của con người thì 3G cũng như phát triển lên 4G ngày càng trở lên vô cùng cấp thiết Có nhiều định nghĩa khác nhau về 4G, có định nghĩa theo hướng công nghệ, có định nghĩa theo hướng dịch vụ 4G là một giải pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G Thực tế, vào giữa năm 2002, 4G là một khung nhận thức để thảo luận những yêu cầu của một mạng băng rộng tốc độ siêu cao trong tương lai mà cho phép hội tụ với mạng hữu tuyến cố định 4G còn là thể hiện ý tưởng, hy vọng của những nhà nghiên cứu ở các trường đại học, các viện, các công ty như Motorola, Qualcomm, Nokia, Ericsson, Sun, HP, NTT DoCoMo và nhiều công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng các dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G không thể đáp ứng được Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu công nghệ và mạng 4G LTE em đã thực hiện đồ án: “Công nghệ LTE và quy hoạch mạng 4G LTE” Đồ án này em trình bày 4 chương: Chương 1: Tổng quan về quá trình phát triển thông tin di động 3G lên 4G Chương 2: Kiến trúc mạng 4G LTE Chương 3: Các kỹ thuật trong mạng 4G LTE Chương 4: Mô hình quy hoạch mạng 4G LTE Trong quá trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, em rất mong sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn cô, TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa và các thầy cô giáo đã giúp em hoàn thành đồ án này! Vinh, ngày tháng 5 năm 2011 Người thực hiện Nguyễn Hữu Sơn 5 Tóm tắt đồ án Chúng ta sẽ tìm hiệu tổng quan các quá trình tiêu chuẩn hoá HSPA và LTE, lộ trình tiến lên 4G, so sánh các công nghệ đi tới 4G, mục tiêu của các công nghệ mới này đều nhằm cải thiện các thong số hiệu năng và giảm giá thành so với công nghệ trước đó Tiếp theo tổng quan về kiến trúc mạng 4G LTE, các mục tiêu yêu cầu của LTE nhằm cải thiện các thông số hiệu năng và giảm giá thành so với các công nghệ trước đó Tiếp theo trình bầy các vấn đề liên quan đến truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao băng thông rộng, giao diện vô tuyến liên quan đến ngăn xếp giao thức trên giao diện vô tuyến, tổ chức kênh trên giao diện vô tuyến, cấu trúc lưới tài nguyên tần số - thời gian, và tổ chức kênh vô tuyến và LTE Cuối cùng, quá trình quy hoạch mạng 4G LTE, chủ yếu tập trung vào quỹ đường truyền, ước tính dung lượng cell và các công cụ và trường hợp nghiên cứu cho định cở mạng LTE We will learn an overview of the standardization process HSPA and LTE, 4G roadmap forward, compared to up to 4G technologies, the goal of this new technology to improve the performance parameters and cost reduction compared with previous technologies The next, an overview of LTE 4G network architecture, the objective requirements of LTE parameters to improve performance and lower cost than previous technologies The next, present the issues related to wireless transmission of high speed broadband, wireless interface associated protocol stack on the radio interface, channel organization on the radio interface, the structure frequency grid resourcestime, and organization and LTE wireless channel Finally, the 4G LTE network planning, fund primarily focused on transmission lines, cell capacity and estimates of the tools and case studies for the LTE network size 6 7 Danh mục sơ đồ hình vẽ Hình 1.1 Tiến trình các phát hành trong 3GPP Hình 1.2 Các kĩ thuật được xem xét nghiên cứu cho HSUPA Hình 1.3 Các kĩ thuật được lựa chọn cho danh mục nghiên cứu HSUPA Hình 1.4 Kế hoạch nghiên cứu tiêu chuẩn E-UTRAN Hình 1.5 Quá trình phát triển các công nghệ thông tin di động lên 4G Hình 1.6 Chuyển đổi trạng thái trong LTE Hình 1.7 Yêu cầu trễ mặt phẳng U trong LTE Hình 2.1 Kiến trúc mạng LTE Hình 2.2 Mạng lõi SAE (hình vẽ dạng đơn giản) Hình 2.3 Kiến trúc mô hình LTE tổng quát theo TR 23 822 Hình 2.4 Một ví dụ về cách thức LTE thâm nhập từng bước vào phân bổ phổ của một hệ thống GSM đã được triển khai Hình 3.1 Kiến trúc mạng 4G LTE Hình 3.2 Ngăn xếp giao thức giao diện vô tuyến của LTE Hình 3.3 Các kênh logic, các kênh truyền tải, các kênh vật lý và sắp xếp các kênh logic lên các kênh truyền tải, các kênh truyền tải lên các kênh vật lý Hình 3.4 Lưới tài nguyên thời gian-tần số cơ sở của LTE (độ dài CP bình thường) Hình 3.5 Lưới tài nguyên truyền dẫn không gian thời gian của LTE trong một lớp cho trường hợp CP bình thường Hình 3.6 Cho thấy cấu trúc tài nguyên trong một khe thời gian cho băng thông kênh 20MHz với tần số lấy mẫu fs=30,72MHz và ∆f=15 KHz Hình 3.7 Định nghĩa băng thông kênh Bchannel và cấu hình băng thông truyền dẫn Bconfig 8 Hình 3.8 Xử lý khối truyền tải đường xuống Hình 3.9 Xử lý kênh truyền tải đường lên Hình 3.10 Chuỗi xử lý cho báo hiệu điều khiển đường xuống L1/L2 Hình 3.11 Ghép số liệu và báo hiệu điều khiển đường lên L1/L2 trong trường hợp truyền dẫn đồng thời UL-SCH và điều khiển L1/L2 Hình 3.12 Chuẩn bị chuyển giao Hình 3.13 Thực hiện chuyển giao Hình 3.14 Hoàn thành chuyển giao Hình 3.15 Tổng quan chuyển giao từ LTE đến UTRAN/GERAN Hình 3.16 Công suất đường lên LTE với thay đổi tốc độ Hình 4.1 Quá trình quy hoạch và triển khai mạng 4G LTE Hình 4.2 Định cỡ mạng LTE Hình 4.3 Các tham số trong mô hình Walfisch-Ikegami Hình 4.4 Ba loại site khác nhau (Omni, 2 sector, 3 sector) Hình 4.5 Các yếu tố ảnh hưởng dung lượng LTE Hình 4.6 Hàm phổ công suất của G Hình 4.7 Dự trữ nhiễu nhận được như một hàm của tải 9 Thuật ngữ và viết tắt Từ viết tắt Tiếng Anh 2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP 3ird Generation Partnership Tiếng Việt Thế hệ thứ 2 Thế hệ thứ 3 Đề án các đối tác thế hệ thứ 3GPP2 Project 3ird Generation Partnership ba Đề án các đối tác thế hệ thứ ACK AM ARQ BCCH BCH BTS CDMA Project Acknowledgement Acknowledged Mode Automatic Repeat- reQuest Broadcast Control Channel Broadcast Channel Base Tranceiver Station Code Division Multiple Access ba 2 Công nhận Chế độ công nhận Yêu cầu phát lại tự động Kênh điều khiển quảng bá Kênh quảng bá Trạm thu phát gốc Đa truy nhập phân chia CN CPC CQI CRC DCCH DCH DFT DFTS- Core Network Continuous Packet Connectivity Channel Quality Indicator Cyclic Redundancy Check Dedicated Control Channel Dedicated Channel Discrete Fourier Transform DFT-Spread OFDM theo mã Mạng lõi Kết nối gói liên tục Chỉ thị chất lượng kênh Kiểm tra vòng dư Kênh điều khiển riêng Kênh riêng Biến đổi Fourier rời rạc OFDM trải phổ DFT OFDM DL DRX EDGE Downlink Discontinuous Reception Enhanced Data for GSM Đường xuống Thu không liên tục Phát triển tăng cường số E-DCH eNodeB E-UTRA Evolution Enhanced Dedicate Channel E-UTRAN Node B Evolved UTRA liệu cho GSM Kênh riêng tăng cường Nút B của E-UTRAN Truy nhập vô tuyến mặt đất Frequency Division Duplex UMTS phát triển Ghép song công phân chia Frequency Division Multiplex theo tần số Ghép kênh phân chia theo FDD FDM 10 - Bằng việc sử dụng bảng “thông lượng với SNR trung bình” Những bảng này nhận được nhờ đầu ra của mô phỏng mức liên kết Cho mỗi mô hình kênh truyền sóng và cấu hình anten khác nhau, các bảng khác nhau được sử dụng Chú là mô hình tạp âm ở đây là tập âm AWGN; từ đó SNR được sử dụng thay cho SINR - Sử dụng công thức Alpha- Shannon Công thức này cung cấp một sự xấp xỉ các kết quả mức liên kết Trong trường hợp này, không mô phỏng thực sự nào cần thiết nhưng các yếu tố trong công thức Alpha- Shannon được dùng cho các kịch bản khác Trong trường hợp biên cell được định nghĩa bởi thông lượng yêu cầu đầu vào, hiệu suất phổ đặt nguồn dưới các giả thiết sau: • Tiêu đề giao thức lớp 2 (MAC và RLC) là nhỏ • Mô phỏng mức liên kết không tính đến tiêu đề L1 do các kênh điều khiển (kênh hoa tiêu vào bảng phân bổ) Đưa ra thông lượng cell yêu cầu, thông lượng L1 được tính toán theo: L1\ T= Tcell x F (4.32) Trong đó: F=(Ký hiệu dữ liệu trên khung con)/(Tổng ký hiệu trên khung con) (4.33) Giá trị OverheadFactor cho DL và UL tương ứng là 5/7 và 4/7, giả sử tiền tố vòng là ngắn T: Thông lượng Tcell: Thông lượng biên cell F: Yếu tố mào đầu (overheadfactor) hay phần tải bổ sung Từ đó, hiệu suất phổ H là: H=(L1\T)/Bcell (4.34) Hiệu suất phổ sau đó được sử dụng tìm SINR yêu cầu sử dụng công thức Alpha- Shannon Công thức dung lượng Shannon cho hiệu suất kênh lớn nhất như một chức năng của SNR có thể được viết lại : 83 H = α • log 2 (1 + 10 SNR 10 ) (4.35) Dung lượng lớn nhất này không thể nhận được trong LTE vì một số yếu tố • Độ dài khối mã hạn chế • Phadinh lựa chọn theo tần số qua băng thông phát • Tiêu đề hệ thống không thể tránh được • Dự trữ bổ sung (ước tính kênh, CQI) Từ đó, để phù hợp với công thức Shannon hai phần tử cho thực hiện liên kết LTE được đưa ra: • “Yếu tố hiệu suất băng thông” α • “Yếu tố hiệu suất SNR”, gọi là ImpFactor Công thức Alpha- Shannon có thể được viết: SNR H = α • log 2 (1 + 10 10 ) (4.36) Chú ý α cũng phụ thuộc vào cấu hình anten Công thức đúng giữa giới hạn riêng biệt bởi giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của hiệu suât phổ Hình dưới chỉ ra công thức Shannon- Alpha được sử dụng xấp xỉ đường bao hiệu suất phổ với đường cong SNR trong trường hợp của SISO (1 anten phát và 1 anten thu) và AWGN Hai giá trị của α và ImpFactor được xem xét: 84 Hình 4.5 Các yếu tố ảnh hưởng dung lượng LTE [7] Để ánh xạ các kết quả này tới thực hiện mức hệ thống, cần xem xét phân bố yếu tố G, PDF (G), trên tất cả các vùng cell Giả sử người dùng phân phối như nhau, các yếu tố G nhận được cho dung lượng LTE được vẽ hình 4.6 Sự phân bố nhận được bởi phân bố cell Maco và cell Micro cell hình lục giác theo hàm phổ công suất của G nhận được từ hình 4.6 Giả sử người dùng sử dụng các phiên thời gian bằng nhau Hình 4.6 Hàm phổ công suất của G [7] 4.4.4 Nhiễu Để đánh giá nhiễu giữa các ô khác, mô hình mạng đơn giản với tải được phân bố đều nhau theo cell, hiệu suất của nhiễu có thể ước tính theo các yếu tố: - Tính đến suy hao trong G do dự trữ chuyển giao Phân phối yếu tố G được định nghĩa là tỉ số công suất cell trung bình trên công suất cell khác cộng với nhiễu Thực chất, dữ trữ chuyển giao là cần thiết để tránh hiệu ứng ping-pong - Một độ lợi do điều chỉnh nhiễu của thiết bị (ví dụ dùng lại tần số mềm, hay lập lịch gói miền tần số thông minh), được gọi là IntControlGain 85 Đường lên, vấn đề nhiễu được giải quyết như sau Dự trữ nhiễu từ các cell khác ở đường lên trong công thức suy hao đường lên lớn nhất được nghiên cứu bởi phương tiện là mô phỏng mức hệ thống, sử dụng kịch bản mạng với 19 site 3-sector, ví dụ trong 57 cell Các site được đặt ở tọa độ hình lục giác thông thường Khoảng cách giữa các site là 1732m với suy hao xâm nhập là 20 dB và công suất lớp UE 21 dBm Nhiễu phối hợp không được sử dụng trong mô phỏng này Mô phỏng được thực hiện với 3 giá trị khác nhau của tải hệ thống Băng thông phân bổ trên người sử dụng bằng 312.5 kHz • Điều khiển công suất chậm được sử dụng ở mô phỏng này • Kết quả cho điều khiển công suất được thiết lập như một cách cung cấp thị trường tốt giữa thông lượng biên của cell và thông lượng cell trung bình Dự trữ nhiễu được tính toán sử dụng công thức: MI =SNR/ SINR (4.37) Trong đó M I là dự trữ nhiễu (dB) Hình 4.4 chỉ ra dự trữ nhiễu nhận được như một hàm của tải Dự trữ nhiễu được quan sát từ 5% của điểm CDF Trong bảng chỉ ra giá trị dự trữ nhiễu nhận được sử dụng phép nội suy đường thẳng Bảng 4.5 Dự trữ nhiễu theo phương pháp nội suy đường thẳng [7] Tải (%) Dự trữ nhiễu (dB) 35 1 40 1.3 50 1.8 60 2.4 70 2.9 80 3.3 90 3.7 86 100 4.2 Hình 4.7 Dự trữ nhiễu nhận được như một hàm của tải [7] Số site có thể được phân bố dễ dàng hơn dựa vào tính toán vùng cell và giá trị đầu vào phân phối vùng (DeploymentArea) Vùng phủ số site= Phân phối theo vùng/ vùng cell (4.38) 4.5 Quy hoạch dung lượng Mục đích của phần này là mô tả quy hoạch dung lượng cho mạng LTE và giải thích phương pháp sử dụng và các yếu tố tác động đến dung lượng của tiến trình quy hoạch dung lượng Đầu tiên mô tả các tính toán thông lượng cell, trong đó phần hai về ước tính lưu lượng yêu cầu Phần cuối tập trung vào đánh giá số site dựa vào dung lượng 87 4.5.1 Quy hoạch dung lượng LTE Quy hoạch dung lượng đưa ra một ước tính của nguồn cần thiết cho hỗ trợ một lưu lượng yêu cầu chuyên biệt với các mức QoS (ví dụ thông lượng hay khẳ năng nghẽn) Dung lượng lý thuyết của mạng bị hạn chế bởi số eNodeB được cài đặt trong mạng Dung lượng cell trong LTE được cố định bởi một số yếu tố, bao gồm mức nhiễu, sự thực thi các gói lập lịch và điều chế và luồng mã hóa Quỹ liên kết (quy hoạch vùng bao phủ) đưa ra giá trị lớn nhất theo suy hao đường và giá trị lớn nhất sắp xếp theo cell, ngược lại quy hoạch vùng bao phủ tính đến nhiễu để cung cấp một mô hình thích hợp LTE cũng đưa ra dung lượng mềm như hệ thống 3G trước đó Từ đó sự tăng của nhiễu và tạp âm bởi sự tăng của số thuê bao sẽ giảm theo cell phủ sóng cho phép bán kính cell trở lên nhỏ hơn.Trong LTE, dung lượng chỉ thị chính là sự phân bố SINR trong cell Vì sự đơn giản mạng truy nhập LTE được giả sử là bị giới hạn trong vùng phủ bởi UL và dung lượng bởi DL Sự đánh giá dung lượng cần theo hai phần : • Phải ước lượng thông lượng cell tương ứng với thiết lập đã dùng bắt nguồn từ bán kính cell • Phân tích lưu lượng vào được cung cấp bởi hoạt động bắt nguồn từ lưu lượng yêu cầu, bao gồm số lượng thuê bao, lưu lượng trộn lẫn và dữ liệu về trải địa lý của thêu bao trong các vùng phân phối 4.5.2 Tính toán thông lượng cell trung bình Cái đích của các bài quy hoạch dung lượng là đưa ra một ước tính về số site dựa vào dung lượng yêu cầu Dung lượng yêu cầu được thiết lập trước bởi hoạt động của mạng dựa vào lưu lượng dự đoán trước Thông lượng cell trung bình cần để tính toán dung lượng dựa vào số site.Đánh giá dung lượng cell chính xác nhất là dựa trên mô phỏng (thông lượng dưới sự ràng buộc chắc chắn) Dung lượng ước tính yêu cầu theo kết quả mô phỏng: • Bảng phân phối SINR trung bình (kết quả mức hệ thống), cung cấp xác suất SINR 88 • Thông lượng trung bình hay hiệu suất phổ với bảng SINR trung bình (kết quả mức liên kết) Giữa các yếu tố khác, các môi trường truyền dẫn khác nhau (Mô hình truyền dẫn, khoảng cách các site) và các cấu hình site có ảnh hưởng đến các kết quả trên Từ đó, các bảng nên khả dụng cho ví dụ là thành phố, ngoại ô và nông thôn Xác suất SINR nhận được bằng tính toán bởi xác suất xuất hiện của giá trị SINR đưa ra ở các biên cell.Mô phỏng mức hệ thống được chạy với một khoảng giữa các site thiết lập trước Trong phương pháp này, tốc độ bit cho mỗi MCS được bắt nguồn từ thông số OFDM cho LTE Sau đó giá trị SINR hỗ trợ cho mỗi MCS được bắt nguồn từ việc tra cứu các bảng được tạo ra bởi mô phỏng mức liên kết Về sau, MCS hỗ trợ bởi mỗi giá trị của SINR được lựa chọn bởi giá trị nhỏ nhất theo SINR từ kết quả mức liên kết Điều này đưa ra tốc độ bit tương ứng hỗ trợ cho MCS Trong cách này, tốc độ dữ liệu tương ứng với mỗi giá trị SINR nhận được cho một kịch bản riêng biệt Với mô hình kênh thành phố và khoảng cách giữa các site cố định là 1732m, thông lượng đường xuống cho LTE được chỉ ra ở bảng 4.5 Bảng 4.6 Thông lượng đường xuống cho LTE [7] Thông lượng cell DL MCS SINR (min)(dB) QPSK 1/3 -0,75 4,00 QPSK 1/2 1,5 6,00 QPSK 2/3 3,50 8,00 16 QAM 1/2 7,00 12,00 16 QAM 2/3 9,50 16,01 16 QAM 4/5 11,50 19,20 (Mbps) 89 64 QAM 1/2 11,50 21,0 64 QAM 2/3 14,7 24,01 Xem xét ví dụ bảng 4.2 (Thành phố/khoảng cách giữa các site là 1732m) Giá trị SINR là 2 dB, QPSK ½ được chọn từ bảng trên, và thông lượng luồng 6Mbps ở 2dB Với cách tương tự, giá trị SINR là 3 dB tương ứng luồng 6Mbps, 4 dB cho 8Mbps và 7dB cho 12 Mbps ở DL Tất cả giá trị được tính toán sử dụng tra bảng, thông lượng cell bắt nguồn từ: Thông lượng cell = Tổng xác suất xuất hiện SINR * Thông lượng SINR trung bình (4.39) Trong đó: Xác suất xuất hiện SINR = Xác suất xuất hiện của giá trị SINR riêng biệt ở biên của cell nhận được sử dụng mô phỏng Thông lượng trung bình SINR= Thông lượng trung bình tương ứng với giá trị SINR 4.5.3 Ước tính lưu lượng yêu cầu và yếu tố overbooking Băng thông đưa ra có thể chỉ đưa vào một số lượng kênh chắc chắn, sau đó lưu lượng yêu cầu được nhận dạng Phần phức tạp là phân tích của các giờ đỉnh điểm của các loại thuê bao khác nhau và thông tin lưu lượng Kết quả yêu cầu là yếu tố overbooking cái miêu tả mức độ ghép kênh hoặc số người sử dụng chia sẻ một kênh đưa ra hay dung lượng Đầu vào được liệt kê dưới đây: • Trộn lưu lượng và phân tích giờ bận • Mật độ thuê bao • Dung lượng dữ liệu trên người dùng • Tốc độ dữ liệu đỉnh và trung bình • Thông tin lưu lượng hàng ngày Như quy hoạch vùng phủ, quy hoạch dung lượng được thực hiện tách biệt cho các vùng dịch vụ khác nhau (thành phố, ngoại ô và nông thôn) 90 Nếu chúng ta dùng lưu lượng yêu cầu tương ứng đến giờ đỉnh, sau đó nó dẫn tới quá tải Các nguồn trước sẽ lãng phí trong các giờ khác của ngày và giá mạng sẽ tăng đáng kể Vì lý do này thì định nghĩa yếu tố overbooking (OBF) là vô cùng quan trọng, OBF là số người dùng trung bình có thể chia sẻ một đơn vị kênh đưa ra Đơn vị kênh sử dụng trong định cỡ là tốc độ dữ liệu đỉnh Nếu giả sử 100% kênh đang hoạt động, sau đó OBF bằng tỉ số giữa tốc độ đỉnh và tốc độ trung bình (PAR).Tuy nhiên, nó không an toàn để định cỡ mạng với 100% tải Từ đó, các yếu tố tiện ích được giới thiệu Trong tất cả dữ liệu của các mạng, yếu tố tiện ích nhỏ hơn 85% để bảo vệ QoS Để nâng cao thông số này, thời gian chờ trung bình cho người sử dụng truy nhập kênh sẽ lâu hơn Từ đó, yếu tố overbooking được định nghĩa: Yếu tố overbooking = Tỉ số đỉnh trung bình*Yếu tố sử dụng (4.40) 4.5.4 Dung lượng dựa vào số site Với kiến thức của lưu lượng yêu cầu ước đoán và các yếu tố bao quanh nó, toàn bộ tốc độ dữ liệu yêu cầu có thể được tính toán Dựa vào yếu tố overbooking mô tả ở trên, tốc độ dữ liệu tổng cho tính toán dung lượng là: Tổng tốc độ dữ = Số người sử * Tốc độ đỉnh * Yếu tố liệu dụng overbooking Số site cần thiết hỗ trợ cho tính toán tổng lưu lượng ở trên là: (4.41) Số lượng site (dung = Tốc độ dữ liệu tổng * Dung lượng site (4.42) lượng) Trong đó dung lượng site là cấp số nhân của thông lượng cell, phụ thuộc vào số cell trên site (Không xem xét bất cứ sự hạn chế phần cứng nào) 91 Bảng 4.7 Đánh giá dung lượng [7] Tốc độ bít cho mỗi MCS tương ứng với SINR Thôn g lượng tưng ứng với SINR Phân phối SINR 4.6 Đầu ra định cỡ Như ở hình dưới, mỗi cột tương ứng với một năm, chú ý kết quả được tính toán trên cơ sở dữ liệu năm hiện tại và dự đoán cung cấp của người dùng Hàng là cả cụm với nhau trong các nhóm khác nhau 92 • Thống kê dân cư • Số thuê bao • Vùng bao phủ mạng • Trải địa lý thuê bao • Thông lượng cell • Dung lượng dựa vào số site • Số site cuối cùng Bảng 4.8 Dự đoán đầu ra qua các năm [7] Dự đoán Mô hình lưu lượng Thoại Dữ liệu được mang cho mỗi loại lưu lượng Thống kê dân cư thu thập toàn bộ dân cư và số người trong toàn bộ gia đình mong muốn sử dụng dịch vụ Số thuê bao được tính theo ước tính là một thuê bao trên một hộ gia đình Số hộ gia đình = Tổng dân cư / Số người trong hộ gia đình 93 Số lượng thuê bao thực tế sử dụng dịch vụ luôn thấp hơn tổng số hộ gia đình Mô hình lưu lượng và dự đoán lưu lượng được sử dụng để tính tổng lưu lượng được mang bởi cả mạng cho mỗi vùng Sự tính toán này mang các yếu tố người dùng tận dụng, yếu tố overbooking và yêu cầu lưu lượng Dung lượng của eNB đơn được tính toán bởi các bài đánh giá dung lượng từ bảng đánh giá dung lượng” Bảng 4.9 Thống kê đầu ra sau quy hoạch [7] Thông lượng trên cell Bán kính Cell 4.7 Kết luận chương Quy hoạch mạng thông tin di động 4G LTE là vấn đề hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dịch vụ, hiệu quả kinh tế đối với nhà khai thác Đây là việc khá phức tạp và sự kết hợp hài hòa giữa nhiều yếu tố đặc biệt là khi 4G LTE vẫn đang trong giai đoạn quy chuẩn và thử nghiệm 94 Kết luận Nhận thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này, ngành công nghiệp di động đang đoàn kết xung quanh hệ thống LTE với hầu hết các công ty viễn thông hàng đầu thế giới: Alcatel- Lucent, Ericsson, France Telecom/Orange, Nokia, Nokia Siemens Networks, AT&T, T-Mobile, Vodafone, China Mobile, Huawei, LG Electronics, NTT DoCoMo, Samsung, Signalion, Telecom Italia, ZTE Kế hoạch thử nghiệm và triển khai công nghệ này đang được các công ty trên cùng hợp tác thúc đẩy Mạng NTT DoCoMo của Nhật đi tiên phong khi đặt mục tiêu khai trương dịch vụ vào năm 2009 Các mạng Verizon Wireless, Vodafone, và China Mobile tuyên bố hợp tác thử nghiệm LTE vào năm nay Việc triển khai cơ sở hạng tầng cho LTE sẽ bắt đầu vào nửa sau của năm 2009 và kế hoạch cung cấp dịch vụ sẽ bắt đầu vào năm 2010 Tương lai cho công nghệ 4G LTE là không còn xa vì thế việc tính toán quy hoạch mạng là vô cùng quan trọng Đề tài đã cung cấp đầy đủ về mặt lý thuyết cho kiến trúc mạng và bài toán quy hoạch bao gồm: - Tổng quan về quá trình phát triển thong tin di động 3G lên 4G - Kiến trúc mạng 4G LTE - Các kỹ thuật trong mạng 4G LTE - Tính toán quy hoạch mạng 4G LTE Tuy nhiên do thời gian và kiến thức có hạn nên đề tài còn tồn tại nhiều vấn đề chưa giải quyết được như mới chỉ tính được số site dựa vào quỹ đường truyền, chưa mô phỏng được bài toán lưu lượng…nên hướng phát triển tiếp theo của đề tài là hoàn thiện bài toán quy hoạch về lưu lượng và giao diện 95 Tài liệu tham khảo [1] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Lộ trình phát triển thông tinh di động từ 3G lên 4G”, Giáo trình học viện CNBCVT, 2008 [2] Dahlman, Parkvall, Skold and Beming, “3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband”, Academic Press, Oxford, UK, 2007 [3] Rysavy Research, “EDGE, HSPA and LTE broadband innovation”,3G Americas,2008 [4] Http://megavnn.vn/chitiet/lộ trình phát triển lên 4G của IMT-Adver [5] 3rd GPP: Technical Specification Group Radio Access Network Requirements for Evolved UTRAN(E-UTRAN) Release 8 [6] TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Bài giảng môn thông tin di động”,học viện công nghệ bưu chính viễn thông,2008 [7] Abdul Basit, Syed, “Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tools, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP Long Term Evolution”, 20/2/2009 [8] “3GPP webpage for LTE Overview ,” 3 rd GPP ,Viewed on 17.11.07, available at http:// www.3GPP/highlights/LTE/LTE.htm [9] Stefania Sesia and others, “LTE the UMTS Long term Evolution, From Theory to Practice,” 2009 [10] Harri Toma and Antti Toskala, “LTE for UMTS OFDM and SC- FDMA Based Radio Access”,2009 [11] Erick Dahlman and others, “3G Evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband, Academic Press”, second edition 2008 [12] http://clear-cloud.com/lte_verizon_3g_to_4g.html 96 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên:…………… ………… Số hiệu sinh viên: …………… Ngành:……………………………… …… Khóa:………………………… Giảng viên hướng dẫn:……………………………………………………… Cán bộ phản biện:…………………………………………………………… 1 Nội dung thiết kế tốt nghiệp: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 2 Nhận xét của cán bộ phản biện: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Ngày tháng năm 2011 Cán bộ phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) 97 ... công ty viễn thông khác với mong muốn đáp ứng dịch vụ đa phương tiện mà mạng 3G đáp ứng Xuất phát từ ý tưởng muốn tìm hiểu cơng nghệ mạng 4G LTE em thực đồ án: ? ?Công nghệ LTE quy hoạch mạng 4G. .. hố HSPA LTE, lộ trình tiến lên 4G, so sánh công nghệ tới 4G, mục tiêu công nghệ nhằm cải thiện thong số hiệu giảm giá thành so với cơng nghệ trước Tiếp theo tổng quan kiến trúc mạng 4G LTE, mục... công nghệ tới 4G tương lai công nghệ Nhìn chung mục tiêu cơng nghệ nhằm cải thiện thông số hiệu giảm giá thành so với cơng nghệ trước Chương Kiến trúc mạng 4G LTE 2.1 Tổng quan kiến trúc LTE 31 LTE